CN114095429B - 一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法 - Google Patents

一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114095429B
CN114095429B CN202111195829.8A CN202111195829A CN114095429B CN 114095429 B CN114095429 B CN 114095429B CN 202111195829 A CN202111195829 A CN 202111195829A CN 114095429 B CN114095429 B CN 114095429B
Authority
CN
China
Prior art keywords
multicast
tunnel
content
network
icnv6
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111195829.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114095429A (zh
Inventor
易波
陈佳豪
张婷婷
屈志豪
张卿祎
Original Assignee
东北大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 东北大学 filed Critical 东北大学
Priority to CN202111195829.8A priority Critical patent/CN114095429B/zh
Publication of CN114095429A publication Critical patent/CN114095429A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114095429B publication Critical patent/CN114095429B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/74—Address processing for routing
    • H04L45/745—Address table lookup; Address filtering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46—Interconnection of networks
    • H04L12/4633—Interconnection of networks using encapsulation techniques, e.g. tunneling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/02—Topology update or discovery
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/16—Multipoint routing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/74—Address processing for routing
    • H04L45/741—Routing in networks with a plurality of addressing schemes, e.g. with both IPv4 and IPv6
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/12—Avoiding congestion; Recovering from congestion
    • H04L47/125—Avoiding congestion; Recovering from congestion by balancing the load, e.g. traffic engineering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/70—Admission control; Resource allocation
    • H04L47/82—Miscellaneous aspects
    • H04L47/825—Involving tunnels, e.g. MPLS
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/50—Reducing energy consumption in communication networks in wire-line communication networks, e.g. low power modes or reduced link rate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明提出一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法，尽管ICNv6通信模式是以内容为中心，路由是基于名字寻址的，但在ICNv6中，内容对象的数量是巨大的，这表明为每个不同的内容对象计算组播树是不现实的；因此，按一定规则将内容请求映射到特定的隧道中，网络带宽是基于隧道分配的，隧道按用户服务质量需求和起始节点异同聚合了内容传输请求，是高度可伸缩、可扩展的；而且，ICNv6组播路由本质上是可以实现多对多组播；所以，提出了一种基于虚拟点的组播算法来计算组播隧道，该算法还同时考虑了用户需求和网络流量优化的目标，即，负载平衡；最后，提出了组播组的维护方法，包括插入或删除成员的方法，还有当组播树性能下降时全局重优化的策略。

Description

一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法
技术领域
本发明涉及网络流量优化技术领域，具体是提供基于IPv6地址的多源组播流量优化方法。
背景技术
IPv6网络中一个重要目标是高效快速的信息传输和内容交付，进而优化网络流量。而实现高效内容交付的很重要的方法就是就近的网内缓存。于是，出现了基于IPv6的信息中心网络(Information-Centric Networking,ICN)架构，简称为ICNv6。在ICNv6中，内容名字被视为网络寻址的标识符，通过对内容进行命名，ICNv6利用网内缓存来缓存内容对象，并采用基于名字的路由。存储在网内设备中的内容对象的副本可以被其他潜在的用户重用，这使得路由器可以在本地对流量进行分流，提高了内容交付的效率。
ICNv6体系结构本质上支持多播路由。例如，在命名数据网络(Named DataNetworking，NDN)中，内容请求者发出的请求沿路由转发到内容源(源服务器或网内缓存)，中间的ICNv6路由器如果没有缓存命中则记录转发的内容请求的状态，为后续的内容传输留下传输路径，同时，对同一路径上相同内容的请求进行聚合，从而消除该路径中的冗余流量，就像IP组播一样，内容只在必要的节点处复制并传输一份。无处不在的网内缓存能力提供了多个内容源，这种固有的多源和组播为网络流量优化提供了便利。
然而，原始的ICNv6利用固有的组播能力对于网络流量优化远不是最佳的。虽然ICNv6本身有助于多个内容请求者利用网内缓存的多个内容副本，但为了从组播分发中获益，它要求内容请求者采取几乎同步的行动。而ICNv6本身并不去发掘和统一组织这些请求者，所以构造的组播树是随机的，从网络全局来看是非最优的。另外，ICNv6依靠路由器中的状态表来保持未被满足的内容请求的状态。这意味着当尝试为不同的内容请求维护组播树的状态时，会有发生状态爆炸的可能性。此外，维护这些状态需要大量的组播通知消息，这可能会在网络中产生巨大的流量，特别是在分布式网络环境中造成新的网络瓶颈。而且，设计一种分布式协议来维护如此庞大的状态的信息一致性，同时实现全局优化的组播树构造和对组播树状态变化的快速响应是一项复杂而低效的工作。
发明内容
本发明以实现ICNv6的高效组播内容交付为目的，利用SDN，提出了基于IPv6地址的多源组播流量优化方法，以提高通信网络中的优化流量能力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法，MTO系统包括四个子模块：
1)隧道计算模块，利用VPM算法计算组播树并输出为组播隧道；
2)策略管理模块，其中包括隧道、组播成员的管理和全局流量优化策略等；
3)隧道信息库，用来存储建立的隧道信息；
4)配置转换器，根据已建立的隧道给ICNv6路由器下发转发表项。
关于MTO系统四个子模块的工作流程如下：
MTO默认将所有内容请求视为组播路由请求；单播是只有一个组播组成员的组播的特殊情况；作为MTO的关键中间层，策略管理模块的核心是管理和维护网络中的所有组播隧道；当新的内容请求到达SDN控制器时，策略管理模块使用内容名称在隧道信息库中搜索确定是否已经存在传输该内容的隧道；匹配的内容请求被视为组播隧道的新成员，然后将其发送到隧道计算模块，根据用户和网络需求计算到内容源的最短路径；将内容名称和相应计算出的隧道插入到隧道信息库中；未匹配的内容请求将被发送到隧道计算模块中，进入创建新的组播隧道的过程；如果计算出的隧道已经存在于隧道信息库中，那么内容名字将被插入到隧道信息库中相应的条目中；此外，策略管理模块还监控网络统计数据，并根据存储在隧道策略库中的预先定义的优化策略，在网络性能指标下降的一定程度时，触发隧道更新过程，重新计算全部的组播隧道或部分的隧道并更新隧道信息库；所有计算出的路径都通过隧道配置器下发到ICNv6路由器中。
在VPM算法中每个组播源只向组播组的一个子集传输内容，所有这些子集是互斥不相交的，所有子集的并集是整个组播组成员集合；具体来说，虚拟地创建一个VP节点作为可以连接到所有内容源的组播树根节点；在满足用户需求和网络流量优化目标的前提下，以VP为根节点构建最小生成树；VP节点和所有内容源之间的“虚拟链路”的代价不是实际的度量值，而是被设置为无穷小的值；这表示所有内容源都将首先添加到最小生成树中，以确保所有源都作为实际的组播树根节点包含在最小生成树中；然后，该算法在满足用户需求的前提下，连续地选择网络中最短的链路加入组播树，直到组播组的所有成员加入该树为止；这样就以VP节点为源节点建立了一棵虚拟组播树，根据最优性原理，如果去除了VP节点，该树的评价指标也是最优的；最后，移除VP节点，得到的子树即为组播隧道；以上就是基于VP算法的概述，下面形式化地介绍该算法；
链路度量的定义如公式(1)所示：
其中，FactorLB代表负载均衡惩罚因子，代表链路li中已经被占用的带宽，C代表默认的度量常数，/>代表链路li的总带宽；根据式(1)，一条链路增加的带宽利用率将被视为一种惩罚或者说开销的增加；在总带宽相同的前提下，对于带宽利用率较低的链路，其链路度量值较小，而对于带宽利用率较高的链路，其链路度量值较大；这样在寻找路径时，选择带宽利用率高的链路的成本开销会更高；此外，总带宽较高的链路受惩罚因子的影响相对较小，因此，其可以承载更多的流量；通过这样简单的计算，可以有效地实现网络流量的负载均衡；通过调整负载均衡惩罚因子，可以控制网络负载均衡的实现强度；
此外，所有创建的组播树都需要满足网络流量优化目标，即，负载均衡；因此，将问题表述为一个优化问题如公式(2)所示：
其中，μ表示平均链路度量；表达式(2)的目的是最小化网络中链路利用率的方差，从而实现负载均衡。
隧道建立机制：VPM算法的输出是组播隧道，随后将其发送到配置转换器以完成隧道的安装；具体来说，算出的组播隧道由ICNv6路由器ID组成，根据当前的拓扑信息转换为每个ICNv6路由器的出接口ID；然后用相应的名字创建FIB条目；例如，名字为/Netflix/WidgetA.Mov的内容计算出的组播隧道是D—>C—>(A，B)，这是内容传输路径，而配置转换器用于解析出用于内容请求的转发路径的出接口ID，分别是A—>C，B—>C，C—>D和D—>Source，并在沿着路径中的路由器中创建FIB条目；通过这样的方式，ICNv6路由器可以按照默认的转发逻辑将内容请求转发给多个内容源，并创建相应的PIT条目；内容将在组播隧道中传输；值得注意的是，ICNv6路由器的转发逻辑保持不变；组播隧道在SDN控制器中维护和管理，这对ICNv6路由器来说是透明的；
组播成员维护机制：内容请求者完成内容传输或主动结束内容访问将触发组成员从组播组离开的过程，这个过程涉及更新隧道信息库；在这种情况下，已经存储的路径将从隧道信息库中相应条目中以及ICNv6路由器中安装的FIB条目中删除；当所有内容传输完成后，需要删除隧道；策略管理模块可以根据隧道的ID直接从隧道信息库中删除相应的隧道，同时向ICNv6路由器发出FIB条目删除通知；当隧道中的某些内容对象完成传输时，该隧道的带宽需求将相应减少；组播新成员的加入涉及隧道的计算和隧道信息库更新；具体地说，对于一个组播新成员，只需要基于Dijkstra算法在满足用户需求前提下找到一条到组播源的最短路径，将其添加到隧道信息库并向ICNv6路由器下发FIB条目，这样就成功添加了一个组播成员。
MTO系统的全局流量优化策略：
组播组成员的加入和退出、隧道带宽需求的显著变化或者网络拓扑结构的变化都会严重降低组播树的性能，从而使得网络性能下降；因此，在这种情况下，需要重建组播树；策略管理模块监测网络状态，进行网络流量统计，当网络中的最大和最小链路利用率之差超过预先定义的阈值时，策略管理模块将会触发更新隧道过程，重新计算组播隧道；
具体来说，根据流量优化的需要选择部分隧道重新计算，对带宽需求较大的隧道优先进行重优化；对部分隧道的重新计算，可以使网络负载重新平衡，这可以减少隧道重新计算的次数，从而减少开销。
与现有技术相比较，本发明的效果是：本发明提出通过对ICNv6多对多组播路由的优化来优化网络流量。MTO使用基于隧道的分配机制提高了组播路径和组的构建和维护的可扩展性。此外，利用所提出的基于虚拟点的组播算法，引入SDN对组播树进行全局优化。大量的仿真结果表明，MTO有效地实现了负载均衡的流量优化目标，并且提高了网络的总利用率。此外，MTO显著降低了组播树的成本。
附图说明
图1为本发明的MTO系统概览图。
图2为本发明的基于虚拟点的组播算法图。
图3为本发明的隧道安装图。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-3对本发明进一步详细说明。
一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法，简称组播流量优化(MulticastTraffic Optimization，MTO)，在MTO系统中，提出了利用组播隧道来聚合具有相同来源、目的地和用户需求的内容传输请求。尽管ICNv6通信模式是以内容为中心，路由是基于名字寻址的，但在ICNv6中，内容对象的数量是巨大的，这表明为每个不同的内容对象计算组播树是不现实的。因此，在设计中，按一定规则将内容请求映射到特定的隧道中，网络带宽是基于隧道分配的，隧道按用户服务质量需求和起始节点异同聚合了内容传输请求，是高度可伸缩、可扩展的。而且，ICNv6组播路由本质上是可以实现多对多组播。所以，提出了一种基于虚拟点的组播算法(Virtual Point-based Multicast，VPM)来计算组播隧道，该算法还同时考虑了用户需求和网络流量优化的目标，即，负载平衡。最后，提出了组播组的维护方法，包括插入或删除成员的方法，还有当组播树性能下降时全局重优化的策略。
下面介绍MTO系统的工作流程：
MTO系统包括四个子模块，1)隧道计算模块，利用VPM算法计算组播树并输出为组播隧道；2)策略管理模块，其中包括隧道、组播成员的管理和全局流量优化策略等；3)隧道信息库，用来存储建立的隧道信息；4)配置转换器，根据已建立的隧道给ICNv6路由器下发转发表项。
MTO系统框架图1所示。
MTO默认将所有内容请求视为组播路由请求。单播是只有一个组播组成员的组播的特殊情况。作为MTO的关键中间层，策略管理模块的核心是管理和维护网络中的所有组播隧道。如图1所示，当新的内容请求到达SDN控制器时，策略管理模块使用内容名称在隧道信息库中搜索确定是否已经存在传输该内容的隧道。匹配的内容请求(内容名字)被视为组播隧道的新成员，然后将其发送到隧道计算模块，根据用户和网络需求计算到内容源的最短路径。将内容名称和相应计算出的隧道插入到隧道信息库中。未匹配的内容请求(内容名称)将被发送到隧道计算模块中，进入创建新的组播隧道的过程。如果计算出的隧道已经存在于隧道信息库中，那么内容名字将被插入到隧道信息库中相应的条目中。此外，策略管理模块还监控网络统计数据，并根据存储在隧道策略库中的预先定义的优化策略，在网络性能指标下降的一定程度时，触发隧道更新过程，重新计算全部的组播隧道或部分的隧道并更新隧道信息库。所有计算出的路径都通过隧道配置器下发到ICNv6路由器中。
下面将详细介绍ICNv6多对多组播隧道的建立过程，包括基于虚拟点的组播算法和隧道建立的机制。
将网络抽象为有向图G＝(V,L)，其中，每个顶点对应于一台ICNv6路由器，每个边对应于连接一对ICNv6路由器的定向通信链路。形式上，V＝(v1,v2,…,vn,…,vN)，L＝(l1,l2,…,li,…,lI)，其中，N是网络中ICNv6路由器的总数，vn代表第n个ICNv6路由器，I是网络中链路的总数，li代表第i个链路。
通常，组播路由的核心是在源服务器(根节点)和多个目地节点(请求者)之间计算找到一棵组播树，将组成员全部囊括，成为这棵树的叶子节点。创建组播树的目标是最小化网络开销。内容源沿着组播树同时向多个接收者发送相同的内容，内容只沿着树的路径传输一次，只需要在树的分支处复制。ICNv6组播不同于现有的网络组播路由机制。在ICNv6中，对于相同的内容，多个网络节点可能会缓存这些内容，所以，每个缓存节点都可以是内容源，也可以称为组播源。
基于以上分析，提出了一种基于虚拟点的组播算法(虚拟点：Virtual Point，VP)：在本算法中每个组播源(源服务器或者是网内缓存节点)只向组播组(内容请求者集合)的一个子集传输内容，所有这些子集是互斥不相交的，所有子集的并集是整个组播组成员集合。具体来说，如图2所示，虚拟地创建一个VP节点作为可以连接到所有内容源(源服务器和ICNv6路由器C和F)的组播树根节点。在满足用户需求和网络流量优化目标的前提下，以VP为根节点构建最小生成树。VP节点和所有内容源之间的“虚拟链路”的代价不是实际的度量值，而是被设置为无穷小的值。这表示所有内容源都将首先添加到最小生成树中，以确保所有源都作为实际的组播树根节点包含在最小生成树中。然后，该算法在满足用户需求的前提下，连续地选择网络中最短的链路(具有最小的度量值)加入组播树，直到组播组的所有成员加入该树为止。因此，以VP节点为源节点建立了一棵虚拟组播树，如图2上半部分所示。根据最优性原理，如果去除了VP节点，该树的评价指标也是最优的。最后，移除VP节点，创建了三棵子树，如图2的下半部分所示，即，I—>J，F—>G，C—>B—>(A，D—>E)，这三棵子树即为组播隧道。以上就是基于VP算法的概述，下面形式化地介绍该算法。
链路度量的定义是：
其中，FactorLB代表负载均衡惩罚因子，代表链路li中已经被占用的带宽，C代表默认的度量常数，/>代表链路li的总带宽。根据式(1)，一条链路增加的带宽利用率将被视为一种惩罚或者说开销的增加。在总带宽相同的前提下，对于带宽利用率较低的链路，其链路度量值较小，而对于带宽利用率较高的链路，其链路度量值较大。这样在寻找路径时，选择带宽利用率高的链路的成本开销会更高。此外，总带宽较高的链路受惩罚因子的影响相对较小，因此，其可以承载更多的流量。通过这样简单的计算，可以有效地实现网络流量的负载均衡。通过调整负载均衡惩罚因子，可以控制网络负载均衡的实现强度。
此外，所有创建的组播树都需要满足网络流量优化目标，即，负载均衡。因此，将问题表述为一个优化问题如公式(2)所示：：
其中，μ表示平均链路度量。表达式(2)的目的是最小化网络中链路利用率的方差，从而实现负载均衡。
算法1形式化地提出基于虚拟点的组播算法(VPM)。VPM总是在满足用户需求的前提下找到一个具有最小优化网络流量目标的链路。一条路径的带宽定义为通过该路径的每条链路的最小带宽，而对于延迟来说，计算组成路径的各个链路的累积延迟。
通过以上描述，VPM算法的伪代码如算法1所示，其中，第1-16行是带约束的最小生成树算法，第17-19行是虚拟点的删除。
隧道建立机制：VPM算法的输出是组播隧道，随后将其发送到配置转换器以完成隧道的安装。具体来说，算出的组播隧道由ICNv6路由器ID组成，根据当前的拓扑信息转换为每个ICNv6路由器的出接口ID。然后用相应的名字创建FIB(Forwarding InformationBase，转发信息表)条目。如图3所示，名字为/Netflix/WidgetA.Mov的内容计算出的组播隧道是D—>C—>(A，B)，这是内容传输路径，而配置转换器用于解析出用于内容请求的转发路径的出接口ID，分别是A—>C，B—>C，C—>D和D—>Source，并在沿着路径中的路由器中创建FIB条目。通过这样的方式，ICNv6路由器可以按照默认的转发逻辑将内容请求转发给多个内容源，并创建相应的PIT(Pending Interest Table，未决兴趣表)条目。内容将在组播隧道中传输。值得注意的是，ICNv6路由器的转发逻辑保持不变。组播隧道在SDN控制器中维护和管理，这对ICNv6路由器来说是透明的。
组播成员维护机制：内容请求者完成内容传输或主动结束内容访问将触发组成员从组播组离开的过程，这个过程涉及更新隧道信息库。在这种情况下，已经存储的路径将从隧道信息库中相应条目中以及ICNv6路由器中安装的FIB条目中删除。当所有内容传输完成后，需要删除隧道。策略管理模块可以根据隧道的ID直接从隧道信息库中删除相应的隧道，同时向ICNv6路由器发出FIB条目删除通知。当隧道中的某些内容对象完成传输时，该隧道的带宽需求将相应减少。组播新成员的加入涉及隧道的计算和隧道信息库更新。具体地说，对于一个组播新成员，只需要基于Dijkstra算法在满足用户需求前提下找到一条到组播源的最短路径(度量值最小的)，将其添加到隧道信息库并向ICNv6路由器下发FIB条目，这样就成功添加了一个组播成员。
显然，一旦组成员发生变化，重建组播隧道可能会导致网络流量不稳定。因此，在下面提出了网络流量重优化策略。
最后介绍MTO系统的全局流量优化策略：
组播组成员的加入和退出、隧道带宽需求的显著变化或者网络拓扑结构的变化都会严重降低组播树的性能，从而使得网络性能下降。因此，在这种情况下，需要对网络重新优化。策略管理模块监测网络状态，进行网络流量统计，当网络中的最大和最小链路利用率之差超过预先定义的阈值时，策略管理模块将会触发更新隧道过程，重新计算组播隧道。
具体来说，根据流量优化的需要选择部分隧道重新计算，对带宽需求较大的隧道优先进行重优化。对部分隧道的重新计算，可以使网络负载重新平衡，这可以减少隧道重新计算的次数，从而减少开销。
本发明的关键点：
(1)MTO是首次提出利用ICNv6组播优化网络流量的方法。此外，MTO利用SDN实现了不修改ICNv6底层路由器结构和工作逻辑情况下，组播树的集中管理、维护和转换机制也是一种新的设计。
(2)提出了一种ICNv6基于隧道的网络资源分配方法，该方法可以有效地聚合单个内容流，在保证服务质量不变的情况下，显著地提高了构造组播树的可扩展性和可伸缩性。
(3)为了高效地利用ICNv6的多对多的组播流量优化能力，提出了一种基于虚拟点的组播算法。该算法可以不局限于单源最优组播树，而是考虑建立多源最优的组播树。
表1隧道信息库

Claims (4)

1.一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法，其特征在于，优化方法通过MTO系统实现；
MTO系统包括四个子模块：
1)隧道计算模块，利用VPM算法计算组播树并输出为组播隧道；
2)策略管理模块，其中包括隧道、组播成员的管理和全局流量优化策略；
3)隧道信息库，用来存储建立的隧道信息；
4)配置转换器，根据已建立的隧道给ICNv6路由器下发转发表项；
基于虚拟点的组播隧道算法：每个组播源只向组播组的一个子集传输内容，所有子集是互斥不相交的，所有子集的并集是整个组播组成员集合；其中，虚拟地创建一个VP节点作为可以连接到所有内容源的组播树根节点；以VP为根节点构建最小生成树；VP节点和所有内容源之间的“虚拟链路”的代价不是实际的度量值，而是被设置为无穷小的值；所有内容源都将首先添加到最小生成树中，以确保所有源都作为实际的组播树根节点包含在最小生成树中；连续地选择网络中具有最小度量值的最短的链路加入组播树，直到组播组的所有成员加入该树为止；以VP节点为源节点建立了一棵虚拟组播树，根据最优性原理，如果去除了VP节点，该树的评价指标也是最优的；移除VP节点，创建了三棵子树，即，I—>J，F—>G，C—>B—>(A，D—>E)，这三棵子树即为组播隧道；其中，链路度量的定义是：
其中，FactorLB代表负载均衡惩罚因子，代表链路li中已经被占用的带宽，C代表默认的度量常数，/>代表链路li的总带宽；根据式(1)，一条链路增加的带宽利用率将被视为一种惩罚或者说开销的增加；在总带宽相同的前提下，对于带宽利用率低的链路，其链路度量值小，而对于带宽利用率高的链路，其链路度量值大；选择带宽利用率高的链路的成本开销会更高；总带宽高的链路受惩罚因子的影响相对小，其可以承载更多的流量；通过调整负载均衡惩罚因子，控制网络负载均衡的实现强度；
所有创建的组播树都需要满足网络流量优化目标，即，负载均衡；将问题表述为一个优化问题如公式(2)所示：
其中，μ表示平均链路度量；表达式(2)的目的是最小化网络中链路利用率的方差，从而实现负载均衡；MTO系统含义是：基于组播的流量优化系统；VPM算法含义是：基于虚拟点的组播算法；ICNv6路由器含义是：基于IPv6地址的ICN路由器；VP节点的含义是：虚拟节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法，其特征在于，关于MTO系统四个子模块的工作流程如下：
MTO默认将所有内容请求视为组播路由请求；单播是只有一个组播组成员的组播的特殊情况；作为MTO的关键中间层，策略管理模块的核心是管理和维护网络中的所有组播隧道；当新的内容请求到达SDN控制器时，策略管理模块使用内容名称在隧道信息库中搜索确定是否已经存在传输该内容的隧道；匹配的内容请求被视为组播隧道的新成员，将其发送到隧道计算模块，根据用户和网络需求计算到内容源的最短路径；将内容名称和相应计算出的隧道插入到隧道信息库中；未匹配的内容请求将被发送到隧道计算模块中，进入创建新的组播隧道的过程；如果计算出的隧道已经存在于隧道信息库中，那么内容名字将被插入到隧道信息库中相应的条目中；策略管理模块还监控网络统计数据，并根据存储在隧道策略库中的预先定义的优化策略，在网络性能指标下降到一定程度时，触发隧道更新过程，重新计算全部的组播隧道或部分的隧道并更新隧道信息库；所有计算出的路径都通过隧道配置器下发到ICNv6路由器中。
3.根据权利要求1所述的一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法，其特征在于，
隧道建立机制：VPM算法的输出是组播隧道，随后将其发送到配置转换器以完成隧道的安装；其中，算出的组播隧道由ICNv6路由器ID组成，根据当前的拓扑信息转换为每个ICNv6路由器的出接口ID；用相应的名字创建FIB条目；
组播成员维护机制：内容请求者完成内容传输或主动结束内容访问将触发组成员从组播组离开的过程，这个过程涉及更新隧道信息库；在这种情况下，已经存储的路径将从隧道信息库中相应条目中以及ICNv6路由器中安装的FIB条目中删除；当所有内容传输完成后，需要删除隧道；策略管理模块可以根据隧道的ID直接从隧道信息库中删除相应的隧道，同时向ICNv6路由器发出FIB条目删除通知；当隧道中的某些内容对象完成传输时，该隧道的带宽需求将相应减少；组播新成员的加入涉及隧道的计算和隧道信息库更新；其中，对于一个组播新成员，只需要基于Dijkstra算法在满足用户需求前提下找到一条到组播源的最短路径，将其添加到隧道信息库并向ICNv6路由器下发FIB条目，这样就成功添加了一个组播成员。
4.根据权利要求1所述的一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法，其特征在于，MTO系统的全局流量优化策略：
组播组成员的加入和退出、隧道带宽需求的显著变化或者网络拓扑结构的变化都会严重降低组播树的性能，从而使得网络性能下降；在这种情况下，需要重建组播树；策略管理模块监测网络状态，进行网络流量统计，当网络中的最大和最小链路利用率之差超过预先定义的阈值时，策略管理模块将会触发更新隧道过程，重新计算组播隧道；其中，根据流量优化的需要选择部分隧道重新计算，对带宽需求大的隧道优先进行重优化。
CN202111195829.8A 2021-10-14 2021-10-14 一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法 Active CN114095429B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111195829.8A CN114095429B (zh) 2021-10-14 2021-10-14 一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111195829.8A CN114095429B (zh) 2021-10-14 2021-10-14 一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114095429A CN114095429A (zh) 2022-02-25
CN114095429B true CN114095429B (zh) 2023-08-15

Family

ID=80296902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111195829.8A Active CN114095429B (zh) 2021-10-14 2021-10-14 一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114095429B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1747447A (zh) * 2005-10-21 2006-03-15 清华大学 区分服务网络域内支持不同服务质量的ip组播方法
WO2007079632A1 (fr) * 2006-01-11 2007-07-19 Huawei Technologies Co. Ltd. PROCÉDÉ DE DISPOSITION DE MULTIDIFFUSION, PROCÉDÉ DE MULTIDIFFUSION ET APPAREIL DANS LES ÎLOTS IPv6
CN101068226A (zh) * 2007-02-01 2007-11-07 西安交通大学 IPv4/IPv6混合环境下多媒体交互网关实现方法
CN102546382A (zh) * 2010-12-08 2012-07-04 中国电信股份有限公司 IPv4overIPv6隧道中实现组播的方法和系统
CN108322378A (zh) * 2018-01-29 2018-07-24 新华三技术有限公司 组播报文转发方法和装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2351389B1 (en) * 2008-10-23 2016-04-27 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Mobility handling for multicast services

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1747447A (zh) * 2005-10-21 2006-03-15 清华大学 区分服务网络域内支持不同服务质量的ip组播方法
WO2007079632A1 (fr) * 2006-01-11 2007-07-19 Huawei Technologies Co. Ltd. PROCÉDÉ DE DISPOSITION DE MULTIDIFFUSION, PROCÉDÉ DE MULTIDIFFUSION ET APPAREIL DANS LES ÎLOTS IPv6
CN101068226A (zh) * 2007-02-01 2007-11-07 西安交通大学 IPv4/IPv6混合环境下多媒体交互网关实现方法
CN102546382A (zh) * 2010-12-08 2012-07-04 中国电信股份有限公司 IPv4overIPv6隧道中实现组播的方法和系统
CN108322378A (zh) * 2018-01-29 2018-07-24 新华三技术有限公司 组播报文转发方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Power-Efficient Software一Defined Data Center Network》;Yong Zhao,Xingwei Wang,Qiang He, Bo Yi.et.al;《IEEE TNTERNET OF THTNGS JOURNAL》;20210615;第8卷(第12期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114095429A (zh) 2022-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8064446B2 (en) Multicast with adaptive dual-state
CN104717304B (zh) 一种cdn‑p2p内容优化选择系统
CN102972009B (zh) 用于实施联合服务器选择和路径选择的系统与方法
US9736058B2 (en) Multi-region source routed multicast using sub-tree identifiers
Ioannidis et al. Adaptive caching networks with optimality guarantees
Zhang et al. An SDN-based caching decision policy for video caching in information-centric networking
CN105933227B (zh) 软件定义卫星网络中的路由决策及流表一致性优化的方法
CN105245449A (zh) 通信系统、控制装置、处理规则设置方法、分组传输方法
CN105959221B (zh) 软件定义卫星网络的流表一致性优化的方法
CN105681438B (zh) 一种集中式内容中心网络缓存决策方法
CN108040012A (zh) 基于天牛须搜索的sdn网络中多目标组播路由路径构建方法
Kulakov et al. Load Balancing in Software Defined Networks Using Multipath Routing
Nakajima et al. Color-based cooperative cache and its routing scheme for telco-cdns
Nakajima et al. A light-weight content distribution scheme for cooperative caching in telco-cdns
Kamiyama et al. Dispersing content over networks in information-centric networking
CN114095429B (zh) 一种基于IPv6地址的多源组播流量优化方法
CN115473854B (zh) 一种多模态网络的流量智能控制方法
Lin et al. Proactive multipath routing with a predictive mechanism in software‐defined networks
Lal et al. A network-coded caching-based multicasting scheme for information-centric networking (ICN)
CN112272143A (zh) 一种路由学习和转发方法
Kotachi et al. Multicast routing model to minimize number of flow entries in software-defined network
Zhang et al. MTO: Multicast-Based Traffic Optimization for Information Centric Networks
Xu et al. Minimizing bandwidth cost of CCN: a coordinated in-network caching approach
Deepa et al. Routing scalability in named data networking
Li et al. Application layer multicast in P2P distributed interactive applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant